МОДИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ СПЛАВА ХН65ВМТЮ МЕТОДОМ ИМПУЛЬСНОЙ ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВОЙ ОБРАБОТКИ

Одним из перспективных методов повышения эксплуатационных характеристик деталей горячего тракта газотурбинных двигателей является изменение физико-химических свойств поверхностных слоев основного материала за счет применения радиационно-пучковых технологий, а именно импульсной электронно-пучковой обработки (ЭПО). В работе рассмотрены результаты модификации электронным лучом образцов, вырезанных из замковой части рабочих лопаток турбины высокого давления наземного газотурбинного компрессора ГТК-10-4 после эксплуатации в течение 37444 ч, выполненных из жаропрочного сплава на никелевой основе ХН65ВМТЮ без защитного покрытия. Изменяемым параметром обработки выбрана плотность энергии электронного пучка E_s, которая составила 15, 25 и     35 Дж/см², длительность его воздействия и количество импульсов не варьировались. Измерение микротвердости и нанотвердости модифицированных слоев, а также исследование трибологических характеристик (коэффициента трения и скорости износа поверхностного слоя) поверхности обработанных образцов позволили определить оптимальный режим ЭПО из рассматриваемых, плотность энергии при котором составила 15 Дж/см². Выдвинуты предположения о возможных причинах деградации трибологических свойств поверхностного слоя сплава относительно исходного состояния после ЭПО на других режимах, связанные с полученной структурой модифицированных слоев и наличием в нем трещин и объемных дефектов. Подтверждены основные положения теории направленной кристаллизации в условиях многокомпонентности сплава и высоких скоростей охлаждения поверхностного слоя. Отмечена невозможность применения импульсной ЭПО в условиях массового производства как самостоятельного финишного метода обработки. Использование указанной технологии возможно лишь при условии применения определенных режимов с последующей шлифовкой, необходимой для выравнивания развитого микрорельефа обработанной поверхности, а также снятия слоя металла в объеме, необходимом для устранения поверхностных трещин.

1. Ivanov Y.F., Gromov V.E, Zagulyaev D.V., Konovalov S.V., Rubannikova Y.A., Semin A.P. Prospects for the Application of Surface Treatment of Alloys by Electron Beams in State-of-the-Art Technologies. Uspehi Fiziki Metallov. 2022;21(3):345–362.

2. https://doi.org/10.15407/ufm.21.03.345

3. Комаров Д.В., Коновалов С.В., Жуков Д.В., Виноградов И.С., Панченко И.А. Анализ современной ситуации в области применения электронно-пучковой обработки различных сплавов. Часть 1. Ползуновский вестник. 2021;4:129–139.

4. https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2021.04.017; EDN: PEMXHD.

5. Комаров Д.В., Коновалов С.В., Жуков Д.В., Виноградов И.С., Панченко И.А. Анализ современной ситуации в области применения электронно-пучковой обработки различных сплавов. Часть 2. Ползуновский вестник. 2022;3:204–215.

6. https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2022.03.028; EDN: VAJZCT.

7. Шулов В.А., Энгелько В.И., Громов А.Н., Теряев Д.А., Быценко О.А., Ширваньянц Г.Г. Применение сильноточных импульсных электронных пучков для восстановления эксплуатационных свойств лопаток газотурбинных двигателей. Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2014; 1:43–49. EDN: RYEQWL.

8. Шулов В.А., Громов А.Н., Теряев Д.А., Энгелько В.И. Применение сильноточных импульсных электронных пучков для модифицирования поверхности лопаток газотурбинных двигателей (обзор). Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2015;1:38–48. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2015-1-38-48; EDN: TNIHGB.

9. Шулов В.А., Крайников А.В., Пайкин А.Г., Быценко О.А., Энгелько В.И., Ткаченко К.И. Модифицирование жаростойкого вакуумно-дугового покрытия NiCrAlY на поверхности лопаток из жаропрочных никелевых сплавов ЖС6У и ЖС26НК сильноточными импульсными электронными пучками. Упрочняющие технологии и покрытия. 2009;2:37–40. EDN: KWJKAN.

10. Новиков А.С., Пайкин А.Г., Шулов В.А., Быценко О.А., Теряев Д.А., Энгелько В.И., Ткаченко К.И. Результаты длительных испытаний на технологическом двигателе РД33 лопаток компрессора ГТД из стали ЭП866Ш, облученных сильноточным импульсным электронным пучком. Упрочняющие технологии и покрытия. 2010;9:18–22. EDN: MUFMUF.

11. Lyu P., Chen Y., Liu Z., Cai J., Zhang C., Jin Y., Guan Q., Zhao N. Surface modification of CrFeCoNiMo high entropy alloy induced by high-current pulsed electron beam. Applied Surface Science. 2020;504:144453.

12. https://doi.org/10.1016/ j.apsusc.2019.144453.

13. Zhao G., Zhang P., Li J., Zhang Z., Li H., Ma L. Effects of different scanning speeds on microstructure evolution and tribological properties of Inconel 718 alloy vacuum electron beam surface modification. Materials Today Sustainability. 2024;25:100613.

14. https://doi.org/10.1016/j.mtsust.2023.100613.

15. Хайрулин В.Т., Самохвалов Н.Ю., Тихонов А.С., Сендюрев С.И. Результаты эксперимен-тального исследования лопаток турбин с различной поверхностной шероховато-стью. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. 2015;42:20–33. https://doi.org/10.15593/2224-9982/2015.42.2. EDN: TZQUDL.

16. Liu J., Li Z., Hanachi H. A physics-based framework for online surface roughness as-sessment for high-pressure turbines. Chinese Journal of Aeronautics. 2021;34(7):135–156. https://doi.org/10.1016/j.cja.2020.06.015

17. Носов Н.В., Абрамов А.Д., Косулин С.И. Оценка микроструктуры поверхности профиля пера лопаток газотурбинного двигателя. Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2017;16(2):90–100.

18. https://doi.org/10.18287/2541-7533-2017-16-2-90-100. EDN: ZAETLZ.

19. Шулов В.А., Энгелько В.И., Громов А.Н., Теряев Д.А., Быценко О.А., Ширваньянц Г.Г. Крате-рообразование на поверхности деталей из тита-новых сплавов при облучении сильноточными импульсными электронными пучками. Физика и химия обработки материалов. 2015;5:22–28.

20. EDN: UXBPTV.

21. Громов В.Е., Коновалов С.В., Аксёнова К.В., Кобзарева Т.Ю. Эволюция структуры и свойств легких сплавов при энергетических воздействиях. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2016:249.

22. Токтарбаева Г.М., Алпысбаев С.К., Рахадилов Б.К., Сатабаева З.А., Жапарова М.С. Влияние электролитно-плазменного упрочнения поверхности на структуру и свойства стали 40ХН. Вестник Восточно-Казахстанского государственного технического университета им. Д. Серикбаева. 2020;1:199–204. https://doi.org/10.51885/15614212_2020_1_199. EDN: QZKRJI.

23. Муслов С.А., Лотков А.И. Нанотвердость и модуль упругости монокристаллов и поликристаллов системы сплавов TiNi-TiFe. Физическая мезомеханика. 2022;25(6):57–62. https://doi.org/10.55652/1683-805X_2022_25_6_57. EDN: ALVTYQ.

24. Gao Y. Surface modification of TC4 ti-tanium alloy by high current pulsed electron beam (HCPEB) with different pulsed energy densities. J. Alloys and Comps. 2013;572:180–185.

25. Мысик Р.К., Сулинин А.В., Брусницын С.В. Литейные сплавы на основе тяжелых цветных металлов. Учебное пособие для вузов. Москва: Юрайт, 2022:140.

26. Белявин А.Ф., Куренкова В.В., Федотов Д.А., Салий С.Г., Щербинин А.П. Продление ресурса рабочих лопаток ГТК 10-4 из сплава ЭИ 893 после продолжительного срока эксплуатации. Автоматическая сварка. 2016; 4(752):9–25.

27. Мубаракшин Р.М., Дическул М.Д., Николаев Н.Н., Травкин А.А., Мубаракшин Р.М., Мубаракшин М.Р. Роботизированная адаптивная размерная полировка компрессорных и турбинных лопаток. Авиационные двигатели. 2021;4(13):51–62.

28. https://doi.org/10.54349/26586061_2021_4_51 EDN: YGFKKK.

29. Сазонов М.Б., Соловацкая Л. В. Влияние напряжённого состояния поверхностного слоя на выносливость лопаток компрессора газотурбинного двигателя. Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2019;18(1):109–117. https://doi.org/10.18287/2541-7533-2019-18-1-109-117. EDN: ZDUVLV.